Karbamid - kémiaiskola
karbamid
színtelen és szagtalan, kristályos szilárd anyag [1]
nagyon jó vízben:
karbamid (Latin és angol karbamid ), a kémiailag szénsav-diamid egy szerves vegyület, amelyet sok élőlény állít elő a nitrogénvegyületek (például aminosavak) metabolizmusának végtermékeként az úgynevezett karbamid-ciklusban, és kiválasztódik a vizelettel. A tiszta karbamid fehér, kristályos, nem mérgező és higiénés szempontból ártalmatlan szilárd anyag, amelyet nem szabad összekeverni a húgysavval.
sztori
A karbamidot először 1828-ban Friedrich Wöhler szintetizálta kálium-cianát és ammónium-szulfát reakciójával. A karbamidot tekintik az első szervetlen vegyületnek, amelyet szervetlen nyersanyagokból szintetizálnak.
Ez ellentmond annak az akkor elterjedt elképzelésnek, miszerint a szerves anyagok alapvetően csak az élőlényektől származnak az ún "Vis vitalis" (Életerő) előállítható. Szigorúan véve már 1824-ben F. Wöhler a dicián oxálsavvá történő hidrolízisével bizonyította, hogy a szerves molekulák szintézise nem igényel „életerőt”. [7]
Élettani jelentőség
A karbamid a fehérje és az aminosav anyagcseréjében képződik, és az egyik vizeletanyag. Az emlősöknél, a teknősöknél, egyes halaknál és a felnőtt kétéltűekben ez a fehérjékben található nitrogén kiválasztásának legfontosabb formája. Az ebihal, a legtöbb halfaj és más vízi állatok nitrogént választanak ki ammóniaként.
Az ammónia akkor termelődik, amikor az aminosavakat lebontják, és ennek megfelelően magas koncentrációban mérgező hatással van a sejtekre. Az ammónia koncentrációjának növekedésének ellensúlyozására a karbamid cikluson keresztül nem toxikus karbamiddá alakul, és a vesén keresztül választódik ki.
Az olyan betegségek, mint az akut vagy krónikus veseelégtelenség, valamint a cukorbetegség károsodott veseműködése megnövekedett karbamidszintet eredményezhetnek a szérumban/plazmában (normálérték: 10-50 mg/dl).
Zavarok és sajátosságok
Normális veseműködés esetén is a magas fehérjebevitel megnövekedett karbamidszinthez vezet, ami rossz veseparamétert eredményez. (Pre-) terminális veseelégtelenség esetén a szérum karbamid-koncentrációja jobban megfelel az urémia súlyosságának értékelésére, mint a szérum kreatinin-koncentrációja.
Alkalmazások
Magas 46,62% nitrogéntartalma miatt a karbamid a legfontosabb nitrogénműtrágya világszerte.
A karbamidot a vízmegkötő képessége miatt gyakran használják nedvességtényezőként a kozmetikumokban is. A gyógyszertárban a karbamid keratolitikumként ismert. Ezt a tulajdonságot különféle receptekben használják. Például erősen koncentrált (40%) hatást mutat a pasztákban a körömgomba (onychomycosis) elleni gombaellenes szerrel (antimikotikum) együtt, amely során a karbamid megpuhítja a körmöt, így a fertőzött köröm anyag darabonként eltávolítható. Hidratálószerként kenőcsökben is használják az atópiás ekcéma és a zuzmóbetegségek leküzdésére.
A cigarettagyártók karbamidot adnak a dohányhoz, hogy a tüdő pH-értékének növelésével a nikotin jobban felszívódhasson. Ez növeli az állítólag könnyebb cigaretták hatását.
A karbamid a közúti só helyettesítésére is használható, de ez a magasabb ára miatt nem gazdaságos. Bécsben e tekintetben használata tilos - ami a talaj túlzott megtermékenyüléséhez vezet - [8] .
A karbamidot az erőművek és a belső égésű motorok kipufogógázjában lévő nitrogén-oxidok csökkentésére használják. Az erőművekben az SNCR eljárást (szelektív nem katalitikus redukció) alkalmazzák, elsősorban kisebb rendszerekben. Az úgynevezett SCR eljárásban (szelektív katalitikus redukció), amelyet erőművekben és egyre inkább a járműtechnikában is alkalmaznak, karbamidot vagy ammóniát juttatnak a forró kipufogógáz áramlásába. A karbamid ammóniává bomlik, amely redukálja a nitrogén-oxidokat egy downstream katalizátorban. Az autóiparban 32,5% karbamid-tartalmú vizes oldatot használnak, amely AdBlue márkanéven ismert. A karbamidoldat fogyasztása az üzemanyag-fogyasztás körülbelül 2–8% -a.
Stabilizátorként karbamidot adnak az élelmiszerekhez. Az EU-ban élelmiszer-adalékként szerepel E 927b csak hozzáadott cukor nélküli rágógumikra engedélyezett.
A karbamid fehérjeszállítóként játszik szerepet a tejelő szarvasmarhák takarmányában.
A karbamid vizes oldatokhoz nagyobb koncentrációban történő hozzáadása a fehérjék denaturációjához vezet, így a karbamid denaturálószerként vagy kaotrop vegyületként működik. A karbamid kis koncentrációinak azonban ellenkező hatása lehet, nevezetesen növeli a hidrofób hatást, és ezáltal stabilizálja a fehérje szerkezetét. [9]
jellemzők
Olvadáspont fölé melegítve a karbamid kondenzálódva biuret képződik, amellyel elszakad az ammónia (NH3):
A karbamid az ureaz enzimmel reagálva szén-dioxidot és ammóniát képez.
Ipari gyártás
A karbamidot iparilag nagy mennyiségben állítják elő (2004: világszerte 127 millió tonna), és pl. B. nitrogén műtrágyaként vagy NOx-redukáló szerként az SNCR folyamatban. Az első gyártóüzemet a BASF bízta meg 1922-ben. Az első lépésben 150 bar nyomáson nagynyomású reaktorban képződött ammónium-karbamátot ezt követően bontókban termikusan karbamidra osztották. Az ammónia feleslegét ammónium-szulfát és ammónium-nitrát előállítására használták műtrágyaként. Az 1920-as évek végén fejlesztették a folyamatot, és a felesleges ammóniát visszavitték a gyártási folyamatba. Ebből különféle teljes ciklusfolyamatok fejlődtek ki. Valamennyi eljárásban közös, hogy a reaktorban nagy nyomáson exoterm módon képződött ammónium-karbamátot a későbbi bomlási szakaszokban alacsony nyomáson endotermikusan karbamiddá alakítják, és a felesleges gázokat visszavezetik a reaktorba, ezért manapság gazdaságos sztrippelési eljárásokat alkalmaznak.
A nagy földgáztartalékkal rendelkező országokban, amelyeket a múltban gyakran egyszerűen fellángoltak, a földgázt ma karbamiddá alakítják. Ezt olyan nagy üzemek végzik, amelyek földgázt, levegőt és vizet használnak a folyamat lépéseiben hidrogéntermelés → ammóniatermelés → karbamidszintézis, végül karbamid. (Szigorúan véve az említett kiindulási anyagokat H2, N2 és CO2-ból álló folyamatgázzá alakítják, amelyből a CO2 eltávolításra kerül. A hidrogént és a nitrogént ezután ammóniává alakítják. A tiszta hidrogén ebben a láncban nem fordul elő). Az ammónia előállításához szétválasztott CO2 csupán 2/3-át köti meg a karbamid. A kezdetben oldatban nyert karbamidot granulátumokká alakítják, és zsákokban vagy lazán értékesítik. A világ legnagyobb növényei naponta mintegy 4000 tonna karbamidot termelnek.
Az ammónia és a szén-dioxid exoterm módon reakcióba lépve ammónium-karbamátot képez. $ \ mathrmCOO \ rbrack NH_4 \ longrightarrow H_2NCONH_2 + H_2O> $ Az ammónium-karbamát endoterm módon reagálva karbamidot és vizet képez.
A karbamid ipari felhasználása a melamin előállítása, amely pl. B. formaldehiddel szintetikus gyantákká és karbamid-formaldehid gyantákká (karbamid gyanta, úgynevezett UF gyanták), z. B. forgácslap gyártására kell felhasználni.
Karbamid ásványi anyagként
A karbamidot természetes másodlagos ásványként 1973-ban találták meg a Rason-tónál (Nyugat-Ausztrália) található Toppin-dombon. A Nemzetközi Ásványtani Egyesület (IMA) önálló ásványként ismerte el. A Strunz (9. kiadás) szerinti ásványi anyagok szisztematikája szerint ezeket a "Különböző szerves vegyületek" néven sorolják fel az 1. sz. "10.CA.35". Az ásványi anyagok Dana szerinti szisztematikája, amely az angol nyelvterületen is elterjedt, az ásványi anyagot az 1. sz. "50.4.6.1". [10] [11] [12] A karbamid a tetragonális kristályrendszerben kristályosodik. Színtelen vagy halványsárga vagy halványbarna, tű alakú kristályok alakulnak ki. [13]
A karbamid a madarak és denevérek vizeletének vagy ürülékének az összetevője, ezért a guano és az ütő guano (Chiropterite) [14]. Mint ásványi anyag, a karbamid nem stabil, és csak száraz körülmények között alakulhat ki.